生物の環境応答の問題

ある哺乳類から、骨格筋とそれにつながる運動神経を取り出した神経筋標本をつくり、次の実験を行った。神経上の点 P は、神経と筋肉の接続部から神経に沿って $45\text{mm}$ の位置にある。点 Q は、点 P よりさらに筋肉から遠い側にあり、点 P から神経に沿って $30\text{mm}$ 離れている。

点 R は、神経と筋肉の接続部と点 P の間にある神経上の点である。興奮が神経を伝わる速さは神経上のどこでも一定であり、興奮が神経と筋肉の接続部に達してから筋肉が収縮しはじめるまでの時間は、どの点を刺激しても同じであるとする。点 R は神経と筋肉の接続部から神経に沿って何 mm の位置にあるか。

カエルのふくらはぎの筋肉（腓腹筋）と、それにつながる座骨神経を取り出した標本を用いて、次の実験を行った。神経上の点 A と点 B は、神経と筋肉の接続部からそれぞれ神経に沿って $60\text{mm}$、$24\text{mm}$ 離れている。

いずれも 1 回だけ、閾値以上の同じ強さで刺激した。神経上の興奮の伝導速度は一定であり、興奮が神経の末端（接続部）に達してから筋肉が収縮を始めるまでの時間は、刺激した点によらず一定であるとする。

点 A と点 B のちょうど中点にあたる神経上の点 C を同じように刺激したとき、刺激してから筋肉が収縮を始めるまでの時間は何ミリ秒か。

カエルのふくらはぎの筋肉（ふくらはぎの骨格筋）と、それにつながる座骨神経を取り出した標本を用意した。神経上で、神経と筋肉の接続部から $15\mathrm{mm}$ 離れた点 A と、$45\mathrm{mm}$ 離れた点 B を、それぞれ 1 回ずつ電気刺激した。刺激してから筋肉が収縮を始めるまでの時間は、点 A を刺激したときが $3.0\mathrm{ms}$、点 B を刺激したときが $4.0\mathrm{ms}$ であった。

この神経を興奮が伝わる速さ（伝導速度）は何 m/s か。ただし、伝導速度は神経上のどこでも一定であり、興奮が神経と筋肉の接続部に達してから筋肉が収縮を始めるまでの時間は、点 A・点 B のどちらを刺激したときも同じであるとする。また、$1\mathrm{ms}=\frac{1}{1000}\mathrm{s}$ である。

カエルの座骨神経とふくらはぎの筋肉をつないだままの標本を用意した。神経上で、神経と筋肉の接続部から $20\mathrm{mm}$ 離れた点 P と、$60\mathrm{mm}$ 離れた点 Q を、それぞれ 1 回ずつ電気刺激した。刺激してから筋肉が収縮を始めるまでの時間は、点 P を刺激したときが $3.5\mathrm{ms}$、点 Q を刺激したときが $5.5\mathrm{ms}$ であった。

興奮が神経と筋肉の接続部に達してから筋肉が収縮を始めるまでの時間は何 ms か。ただし、神経上の刺激した点では、刺激と同時に興奮が起こるものとする。また、伝導速度は神経上のどこでも一定であり、接続部に達してから収縮を始めるまでの時間は、点 P・点 Q のどちらを刺激したときも同じであるとする。

ある脊椎動物の脊髄反射について、次の実験を行った。感覚神経上に点 ${\text{P}}_1$ と点 ${\text{P}}_2$ をとる。点 ${\text{P}}_1$、点 ${\text{P}}_2$ は、感覚神経が脊髄に入る位置から感覚神経に沿ってそれぞれ $150\text{mm}$、$60\text{mm}$ の位置にある。また、運動神経が脊髄から出る位置を点 $\text{M}$ とし、点 $\text{M}$ から運動神経に沿って $75\text{mm}$ 離れた位置に記録電極を置いた点を $\text{R}$ とする。

実験 1、2 の興奮は、感覚ニューロンから運動ニューロンへ、シナプスを $1$ か所だけ経由して伝わる経路（経路 X）を通ったものである。

次に、別の反射の経路 Y を調べた。経路 Y では、感覚ニューロンの興奮が、脊髄内で直列につながった何個かの介在ニューロンを順に経由して、別の運動ニューロンに伝わる。経路 Y の感覚ニューロンと運動ニューロンの伝導速度は経路 X のものとそれぞれ等しく、点 ${\text{P}}_2$ から脊髄までの距離、点 $\text{M}$ に対応する位置から記録点までの距離もそれぞれ経路 X と等しい。経路 Y で点 ${\text{P}}_2$ を刺激したところ、記録点で活動電位が記録されるまでの時間は $5.3\text{ms}$ であった。

シナプス $1$ か所あたりの伝達にかかる時間はすべてのシナプスで等しく、脊髄内での神経繊維上の伝導にかかる時間、および刺激してから活動電位が発生するまでの時間は無視できるものとする。経路 Y に含まれる介在ニューロンの数を求めよ。